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【能源】低温无负极钾双离子电池

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2025-01-24 08:09

正文

电子产品、电动汽车以及航空航天等领域的宽温域长续航需求对高能量密度电池体系的发展提出了更高的要求。然而，商业化锂离子电池的工作温度普遍在0-45 ℃之间，且其电化学性能受低温影响非常严重，故传统锂离子电池不能满足人们在低温环境下对电池长续航的需求。相比于锂离子和钠离子，钾离子较小的Stokes半径和较弱的路易斯酸性赋予了其优异的低温载流特性。然而，由于相对较大的原子质量和半径，传统的钾电池通常表现出不理想的能量密度，进一步限制了其在低温环境下的应用前景。

基于上述问题， 北航郭林/王华 团队 将无负极与双离子策略相结合，构建了具有极高理论能量密度的无负极钾双离子电池（AFPDIB）体系。

通过引入强缔合的KTFSI添加剂，在集流体上构建了阴离子衍生的SEI，实现了高度可逆、零过量的钾沉积/剥离行为。进一步的，通过理论计算与实验，合理设计了二元溶剂体系，有效降低了 K ⁺ 的去溶剂化能垒，并与无去溶剂化过程的阴离子相匹配，实现了低温下优异的动力学过程。

最终，K||Al半电池在-40 ℃下实现了99.98%的高库伦效率；通过与高能量密度正极相匹配，AFPDIB在-40 ℃下展示出407 Wh/kg（基于正负极质量）的创纪录高能量密度，并且183次循环后仍具有80%的容量保持率。这项工作为极端条件下实现高能量密度电池开辟了一条新的道路。

相关研究成果发表于国际知名期刊 Journal of the American Chemical Society 。北航郭林教授、王华教授为通讯作者。北航 陈江淳 博士、蓝昊博士、 王思聪 硕士为共同第一作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Realizing an Energy-Dense Potassium Metal Battery at −40 °C via an Integrated Anode-Free and Dual-Ion Strategy

Jiangchun Chen, Hao Lan, Sicong Wang, Xinyu Liu, Qiaonan Zhu, Xudong Zhang, Mengyao Tang, Shuai Dong, Jie Yang, Mirtemir Kurbanov, Lin Guo*, Hua Wang*

J. Am. Chem. Soc ., 2025 , DOI: 10.1021/jacs.4c12126

导师介绍

郭林

https://www.x-mol.com/university/faculty/19045

王华

https://www.x-mol.com/university/faculty/226825